基于石英砂负载的原位氧化镀铁除砷柱的制备工艺及水体除砷方法
【技术领域】
[0001]本发明提供了一种除砷方法，尤其涉及基于石英砂负载的原位氧化镀铁除砷工艺，属于地下水原位修复与净化技术领域。
【背景技术】
[0002]砷是自然界中一种有毒元素，在自然界的多种矿物中均有发现，在特定地质条件、地球化学条件、水文地质条件及人为因素的影响下，岩石和沉积物中的砷也会进入地下水中，使地下水中砷含量会出现偏高现象。高砷地下水在世界范围内广泛分布，全球70多个国家均不同程度受到高砷地下水的威胁，尤其是印度、孟加拉国、越南、緬甸、智利、阿根廷、匈牙利、美国和中国。我国原生高砷地下水主要分布于山西大同盆地、内蒙古河套盆地及新疆、台湾地区等，共约1850万人口受到高砷地下水的威胁。长期饮用高砷地下水会导致皮肤癌、肺癌等高危病症。目前，由于饮用高砷地下水已对全球数亿人口的身体健康造成了严重危害。近年来，随着地下水在居民生产、生活中比重的逐年增大，其逐渐成为很多地区尤其是干旱内陆盆地居民生活用水及工、农业用水最主要的供水水源。然而高砷地下水的广泛分布加剧了这些地区水资源供需紧张的局面，严重制约了当地经济、社会的可持续发展。同时，高砷地下水也是当前国际社会所面临的最严重的地质环境问题之一，已成为环境地质领域研宄的热点课题。
[0003]目前常见的高砷地下水的净化办法有:氧化还原法、沉淀-絮凝法、生物法、离子交换法、石灰软化法、膜分离法、吸附法等。以上方法都存在着各自的弊端:氧化还原法会产生有毒和致癌的副产物；沉淀-絮凝法会产生不稳定的污泥，更适合于异位净化；生物法所需要的时间长；离子交换法会产生新的废液，周期长，且有机物的存在会污染离子树脂；石灰软化法需要进行二次处理调整PH等；膜分离法易产生栓塞，需定期维护，后期运行成本很高；吸附法需要进行再生和定期更换树脂，运营成本高。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是一方面提供一种基于石英砂负载的原位氧化镀铁除砷柱，另一方面还提供利用上述除砷柱进行水体除砷的方法，以解决现有技术所存在的产生有毒和致癌的副产物、产生不稳定的污泥、所需要的处理周期长、会产生新的废液，需要进行二次处理调整pH，膜易产生栓塞，需定期维护，后期运行成本很高，需要进行再生和定期更换树脂，运营成本高的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]本发明提供的基于石英砂负载的原位氧化镀铁除砷柱的制备工艺包括以下步骤:(I)、对石英砂、层析柱进行前处理，然后将石英砂填入层析柱中；(2)、通过泵以一定进水速率向层析柱中泵入FeS04溶液；(3)、以相同进水速率向层析柱中泵入无氧去离子水作为还原剂FeS04与氧化剂NaClO的缓冲介质；(4)、不改变进水速率，继续向层析柱中泵入NaClO溶液，按化学反应平衡，NaClO溶液为过量泵入，使之足以氧化Fe2+形成铁氧化物/氢氧化物；(5)、不改变进水速率，再次向层析柱中泵入无氧去离子水；(6)、循环重复上述步骤
(2)-(5)，至层析柱中石英砂颜色无明显变化且出水中Fe含量无明显降低时，最终完成除砷柱的制备。
[0007]进一步的，所述的进水速率为VO = 12.lml/min。
[0008]进一步的，所述泵为多通道蠕动泵。
[0009]进一步的，步骤(2)为厌氧条件下进行，其中DO < 0.lmg/Lo
[0010]进一步的，所述NaClO溶液浓度为lmmol/L，所述FeS04溶液浓度为2mmol/L。
[0011]进一步的，步骤(2)-(5)每一步骤均持续Imin。
[0012]进一步的，所述对石英砂进行前处理包括下述步骤:(I)、选择粒径在Imm且粒度均匀的石英砂；(2)、在进行填柱前，用6mol/L HCl浸泡清洗12h后用自来水和去离子水分别清洗3遍，以去除石英砂表面的杂质和铁氧化物，重复该步骤2-3次后，将洗净的石英砂转入去离子水中保存备用。
[0013]进一步的，所述对层析柱进行前处理是指选择直径1.4cm，高度30cm的层析柱，然后用质量浓度为15%?20%的稀盐酸浸泡48h后分别用自来水和去离子水清洗3遍。
[0014]进一步的，所述将石英砂填入层析柱中是指用湿法装柱的方法在层析柱内填装满洗净的石英砂，并保证层析柱在此装柱过程中完全充满水且没有气泡混入，以保证柱中石英砂填装均匀。
[0015]本发明提供的一种水体除砷方法，是将含砷水体以一定速率泵入上述制备的除砷柱，以实现固定水砷、处理含砷污染水的目的。
[0016]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0017]上述方案中，通过采用四步注入循环，向石英砂柱中交替注入FeS04溶液、无氧去离子水以及NaClO溶液，使NaClO在实验柱中将Fe2+氧化后，在石英砂表面形成石英砂负载的铁氧化物/氢氧化物包裹体。同时为了避免在进水口形成大量沉淀而堵塞进水口，在FeS04与NaClO溶液中间引入无氧去离子水作为缓冲，使其在实验柱中均匀分散反应，以便在石英砂表面形成均匀铁氧化物/氢氧化物涂层。石英砂负载的铁氧化物/氢氧化物产物将通过与As形成单齿单核络合物持续吸附水砷，降低水中砷的含量，从而达到处理、改良高砷污染水的目的。同现有技术中的除砷方法相比，该工艺一方面具有成本低廉，简单易行的优点，可以实现除砷柱的批量制备，应用抽出处理方法，将高砷地下水以一定速率泵入除砷柱实现固定水砷、处理高砷污染水的目的；同时，根据该工艺在利用在介质表面原位产生的铁氧化物还原产物进行原位除砷，便于应用于野外，实现地下水含水层原位除砷，具有非开挖、低成本、易于推广、安全稳定的优势。
【附图说明】
[0018]图1为本发明中涉及的基于石英砂负载的原位氧化镀铁除砷柱示意图。
[0019]图中:1-层析柱，2-石英砂，3-多通道蠕动泵，4_FeS04溶液，5_去离子水，6-NaC10 溶液。
[0020]图2为实施例中的除砷柱砷穿透曲线。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明。
[0022]实施例I
[0023]本实施例所采用的基于石英砂负载的原位氧化镀铁除砷柱如图I所示。其制备工艺具体包含如下步骤：
[0024]提供粒径在Imm且粒度均勾的石英砂；在进行填柱前，用6mol/LHCl浸泡清洗12h后用自来水和去离子水分别清洗3遍，以去除石英砂表面的杂质和铁氧化物，重复该步骤2-3次后，将洗净的石英砂转入去离子水中保存备用；
[0025]提供直